Determinação de pressões em fossas de erosão a jusante de dissipadores tipo salto esqui

Abstract

Nesta dissertação estão apresentados os principais conceitos teóricos envolvidos na ação dos jatos formados em dissipadores tipo salto esqui sobre fossa de erosão pré-escavada, desde o trajeto do jato em sua fase aérea e em sua fase submersa, dando especial ênfase às pressões hidrodinâmicas e sua caraterização junto ao fundo da bacia. Para estudar experimentalmente a ação dos jatos nas bacias de dissipação, utilizou-se de um modelo físico de escala 1:100 construído no Laboratório de Obras Hidráulicas do IPH/UFRGS com ensaios de diferentes vazões e diferentes profundidades de fossas pré-escavadas. Os dados foram extraídos dos ensaios no modelo físico através de vasta instrumentação, utilizando-se comportas, pontas linimétricas, piezômetros, sensores de pressão, imagens e outros equipamentos. Foi realizada uma análise criteriosa dos dados gerados no modelo físico a partir das imagens do jato na sua trajetória aérea e no escoamento do jato em sua fase submersa, comparando os dados do modelo aos resultados obtidos por métodos tradicionais de cálculo. Também foram analisados os dados de pressão gerados durante os ensaios, sendo apresentados os resultados relativos às pressões médias e às pressões dinâmicas. As pressões dinâmicas observadas no modelo físico foram comparadas com as calculadas por meio de metodologia teórica abordada na bibliografia com a finalidade de avaliar a qualidade dessa metodologia para aplicação em projetos de engenharia, onde se observou grandes diferenças de magnitude da pressão quando em colchões rasos, e diferenças de distribuição de pressão ao longo do fundo da bacia de dissipação, principalmente quando em colchões profundos. No sentido de ajustar a metodologia aplicada, foi proposta a variação de parâmetros que regulam a forma do bulbo de pressões e a aplicação de um coeficiente de amortecimento de pressões, sendo que assim foi possível melhorar significativamente a distribuição e a magnitude das pressões calculadas devido à ação dos jatos no fundo da bacia de dissipação. Os resultados se mostram satisfatórios até determinada distância após o pico de pressão provocado pelo jato, sendo que após este ponto os efeitos de ressalto hidráulico prevalecem e devem ser pesquisados em estudos futuros.

In this dissertation are presented the main theorical concepts involved in the action of the jets formed in ski jump spillways on stilling basins type pre-excavated scour hole, from the path of the jet in its air stage and in his submerged phase, with particular emphasis on hydrodynamic pressures and its characterization by the bottom of the basin. To experimentally study the action of the jets in stilling basins, was used a physical model in scale 1:100 built in Hydraulic Works Laboratory of IPH/UFRGS with experiments of different flow rates and different depths of pre-excavated scour hole. The data were extracted from experiments on the physical model through extensive instrumentation, using gates, piezometers, pressure sensors, images and other equipment. A careful analysis of the data generated in the physical model from the jet images in your path through the air was performed and the flow of the jet in its submerged phase, comparing the model data to the results obtained by traditional methods of calculation. The pressure data generated during the tests and presented the results for the mean pressures and dynamic pressures were also analyzed. Dynamic pressures observed in the physical model were compared with those calculated by means of theoretical methods for the purpose of evaluating the quality of this methodology for use in engineering projects, where we observed large differences in magnitude of pressure when in shallow water beds, and diferences in pressure distribution over the stilling basin bottom, especially when in deep water beds. In order to adjust the applied methodology, it was proposed to change parameters governing the shape of the pressure bulb and the application of a pressure damping coefficient, and thus was possible to significantly improved the distribution and magnitude of the calculated pressures due to action of the jets in the stilling basin bottom. The results have been satisfactory up to a certain distance after the peak pressure caused by the jet, and after this point the hydraulic jump effects prevail and should be investigated in future studies.